[发明专利]一种稳定的In金属‑有机骨架材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于晶态材料的技术领域，技术涉及金属-有机配位聚合物材料，特别是一种铟(In)的金属-有机骨架(MOF)、制备方法及其应用。

技术背景

目前，随着能源的需求不断增长，化石燃料的使用日益增加。大量化石燃料燃烧的直接后果导致了CO₂排放的急剧增加，远远超越了自然的碳循环，是温室效应加剧的主要因素之一。为了减少大气中CO₂的浓度，遏制温室效应，开发新的吸附剂材料对大气中的CO₂进行捕获和储存(CCS)迫在眉睫。目前，CO₂捕获方法主要有有机胺溶液吸收法、膜分离法和吸附法等。在这些方法中，基于多孔材料的吸附法由于具有高效、经济、环境友好等优势，被广泛认为是一种十分有前景的方法。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)材料作为一种新兴的纳米多孔材料，是由金属离子和多功能有机配体通过自组装过程而形成的配位聚合物，在氢气储存、化学催化反应、吸附、医疗和药物缓释等领域都有着极其重要的使用价值。金属有机骨架材料作为吸附分离介质具有极大的应用潜力。最重要的是，和传统多孔材料相比，MOFs的结构与孔性质容易调控，种类和数量庞大，研究空间广，在某些特定领域具有极大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属-有机骨架的制备方法及其应用。

本发明的一种三维In的金属-有机骨架材料，其特征在于，化学分子式为[In₃(TTTA)₂(OH)₃H₂O]，其中TTTA为有机配体(2E,2'E,2”E)-3,3',3”-(2,4,6-三甲基)-均苯三丙烯酸。

从骨架连接构筑的角度，该三维In的金属-有机骨架材料的晶体结构属于单斜晶系，空间群为P 2₁/c，晶胞参数为：α＝γ＝90°β＝105.4324(11)°。

该In的金属-有机骨架中存在4个晶体学独立的In³⁺离子，每个In³⁺离子和6个O原子配位形成八面体构型。其中一个In³⁺离子配位的6个O原子中，其中4个来自配体的羧基氧原子，1个来自溶剂H₂O分子的氧原子，1个来自羟基的O原子；其余三个In³⁺离子配位中，每个In³⁺离子配位的6个O原子中，其中5个来自配体的羧基氧原子，1个来自羟基的O原子。在该In的金属-有机骨架中，TTTA配体以μ_2-η¹:η¹/μ_2-η¹:η¹/μ_1-η¹:η⁰和μ_2-η¹:η¹/μ_2-η¹:η¹/μ_2-η¹:η¹两种配位模式连接In³⁺离子。TTTA配体中羧基和水分解产生的羟基所连接的In³⁺离子形成一维的金属链，此金属链在配体的桥连作用下形成三维金属-有机骨架。在移除客体分子之后，该金属-有机骨架可进入的孔体积为51.3％，这一数值可由PLATON软件根据晶体数据计算出来。

其中有机配体(2E,2'E,2”E)-3,3',3”-(2,4,6-三甲基)-均苯三丙烯酸(TTTA)四苯甲酸的结构式如下所示。

本发明金属-有机骨架材料的合成方法，包括以下步骤：

密封条件下，有机配体TTTA(2E,2'E,2”E)-3,3',3”-(2,4,6-三甲基)-均苯三丙烯酸与氯化铟(InCl₃)在DMA(N,N-二甲基乙酰胺)、去离子水和四氟硼酸组成的混合溶液中，经由热反应得到该金属-有机骨架的晶体。

其中有机配体TTTA(2E,2'E,2”E)-3,3',3”-(2,4,6-三甲基)-均苯三丙烯酸与氯化铟的摩尔比为1:(1～1.5)，每0.05毫摩尔的氯化铟对应2ml～3ml的N,N-二甲基乙酰胺、2ml～3ml的去离子水、0.5～0.8ml的四氟硼酸，所述热反应的温度为90℃-120℃，反应时间为40-100小时。